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功能性近红外光谱（fNIRS）神经影像在运动-认知科学中的应用：一项聚焦方法学的系统综述
摘要： 为保证认知过程良好运转，大脑必须获得充足的氧气和血液供应。近年研究证据表明，体力活动可改变脑部氧合与血流动力学状态。要深入理解脑氧合/血流动力学、体力活动与认知之间的关系，应用尖端神经影像工具至关重要。功能性近红外光谱技术（fNIRS）因其能无创量化人脑中氧合血红蛋白（oxyHb）与脱氧血红蛋白（deoxyHb）浓度变化，特别适合研究体力活动/运动对脑氧合及血流动力学的影响。但目前该技术在应用规范、数据处理与分析方面尚无明确标准，在运动-认知科学领域的应用也存在显著异质性。本综述旨在总结当前fNIRS应用于以下研究的测量方法学知识：(i)不同体力活动干预前后认知测试期间的皮层血流动力学反应；(ii)考虑参与者体能水平的横断面研究。基于对35篇相关文献的方法学回顾，我们为运动-认知科学领域的未来fNIRS研究提出建议。
关键词： 工作记忆、执行功能、认知、体育活动、光学成像、功能性近红外光谱技术
更新于2025-09-23 15:21:21
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高频经颅直流电刺激对前额叶皮质静息态功能连接的影响：一项功能性近红外光谱研究
摘要： 功能连接性与我们老龄化社会中常见的多种退行性脑疾病相关。电刺激被用于多种认知障碍患者的临床治疗与康复。本研究采用功能性近红外光谱技术（fNIRS），探究了高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）对人类前额叶皮层静息态脑网络的影响。通过分析15名健康受试者接受1毫安HD-tDCS后诱发的半球内及半球间连接变化，基于过滤后的氧合血红蛋白（ΔHbO）时间序列信号生成皮尔逊相关系数矩阵并转换为二值矩阵，运用经典图论指标评估网络变化。系统的半球间、半球内及区域内部连接分析表明，该刺激对前额叶皮层静息态连接具有积极影响——刺激后整个前额叶区域的连接性均增强，而聚焦式HD-tDCS使受刺激半球的连接率显著提升。图论指标能在多阈值范围内清晰区分刺激前后的网络状态。本研究表明HD-tDCS可增强前额叶皮层的功能连接性，这种功能连接的提升或可为退行性脑疾病患者的神经康复提供临床应用前景。
关键词： 高清经颅直流电刺激、神经康复、功能性近红外光谱技术、图论、功能连接性、前额叶皮质
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过耦合SPECT与近红外光谱技术揭示急性丘脑梗死后导致词语提取能力下降的辅助运动区
摘要： 丘脑损伤可能影响认知和语言功能，但其潜在机制尚不明确。尤其是丘脑性失语症为何偶发且多能部分恢复仍是个谜。为探究受损认知与语言的机制，我们采用两种神经影像技术——适用于观察急性丘脑卒中后脑区受累分布的单光子发射计算机断层扫描（SPECT），以及聚焦于负责言语产生的辅助运动区（SMA）血流动力学反应（结合额斜束FAT通路）的功能近红外光谱技术（f-NIRS）。SPECT显示不仅额-顶-小脑环路存在共同灌注异常，SMA、额下回及周边语言相关区域亦然。在语音流畅性任务NIRS检测中，我们发现急性丘脑患者较年龄匹配健康志愿者存在显著词汇提取能力下降。此外，NIRS显示词汇提取能力与后部SMA反应呈强相关性。随访NIRS还观察到双侧SMA反应增强与词汇提取能力改善相关。结果表明认知功能障碍可能与额-顶-小脑环路有关，而语言功能障碍则归因于SMA、额下回及相关脑区。SMA可能促进丘脑卒中后词汇提取困难和失语症的恢复。
关键词： 单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、血流动力学反应、灌注、言语流畅性测试、丘脑性失语症、FAT：额斜束、小脑-大脑失联络、功能性近红外光谱技术（f-NIRS）
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于功能性近红外光谱的驾驶员制动意图识别研究
摘要： 目的——协同驾驶是指智能系统与人类驾驶员共享控制权并共同完成驾驶任务的理念。其关键技术之一在于智能系统能实时识别驾驶员的驾驶意图以实现一致的驾驶决策。本研究旨在建立驾驶员意图预测模型。 设计/方法/途径——作者采用NIRx设备测量大脑皮层活动以识别驾驶员的制动意图。实验在虚拟现实环境中进行，期间驾驶模拟器记录驾驶数据，功能性近红外光谱(fNIRS)设备记录大脑皮层血红蛋白浓度变化。实验后通过主成分分析和反向传播神经网络建立驾驶员制动意图识别模型。 研究发现——研究结果表明本文所建模型的准确率达到80.39%，且该模型能在驾驶员实施制动操作前识别其制动意图。 研究局限性/启示——本研究的局限在于实验环境理想化且未考虑周边交通状况，同时建立制动意图识别模型时未纳入驾驶员的其他动作。此外，本文验证结果仅反映少数驾驶员的制动意图识别情况。 实践意义——本研究可为未来基于fNIRS的驾驶意图研究提供参考，对脑控驾驶研究具有积极影响，同时为协同驾驶意图识别开辟了新领域。 社会意义——本研究为未来脑控驾驶和轮椅探索了新方向。 原创性/价值——首次通过fNIRS设备实现驾驶员驾驶意图预测。
关键词： 机器学习、驾驶意图识别、功能性近红外光谱技术、协同驾驶
更新于2025-09-23 03:51:17
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姿势-认知双任务中前额叶皮质氧合的老化效应：一项fNIRS初步研究
摘要： 背景：衰老过程会使直立姿势和运动控制从自动处理转变为更多依赖大脑皮层控制。本研究采用功能性近红外光谱技术（fNIRS），探究了年轻人和老年人在姿势-认知双任务范式中的表现差异。 方法：20名健康参与者（10名老年人，年龄72±3岁；10名年轻人，年龄23±3岁）分别完成单任务（ST）和双任务（DT）条件下的认知任务（连续减法运算）与姿势任务（串联站立），同时测量背外侧前额叶皮质（DLPFC）的氧合水平。 结果：认知任务中，年轻人在两种条件下（ST和DT）表现均优于老年人，且从ST到DT能进一步提升正确答题数量（所有p≤0.027），而老年人无此变化。姿势表现未发现显著效应。脑氧合值（O2Hb）从基线到姿势ST（p=0.033）及从基线到DT（p=0.031）均显著升高，但脱氧血红蛋白（HHb）无变化。除姿势ST与DT之间（p=0.204）外，所有条件下的主观用力程度均存在差异（p≤0.003）。 结论：除年轻人在运动-认知条件下认知表现更优外，未发现明显的年龄相关变化。但当前结果表明DLPFC受姿势负荷的影响强于认知负荷。未来研究应评估不同形式的认知及姿势负荷。
关键词： 注意、功能性近红外光谱技术（fNIRS）、姿势控制、衰老、双任务处理、执行控制、平衡、老年人
更新于2025-09-23 13:41:24
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使用功能性近红外光谱技术进行超扫描实验
摘要： 对两个或更多互动个体进行同步脑部记录的超扫描方法，对于理解社会互动乃至人际关系的神经生物学基础正变得日益重要。功能性近红外光谱技术（fNIRS）非常适合开展超扫描实验——该技术能以高采样率测量局部血流动力学效应，更重要的是可在自然环境中实施而无需严格限制运动。本文提出了针对亲子双人组的fNIRS超扫描实验方案及脑间同步性分析方法，并就实验设计、fNIRS通道空间配准、生理干扰因素及数据分析方法等关键问题与未来方向展开讨论。所述方案不仅适用于亲子双人组，亦可推广至成人陌生人、伴侣或兄弟姐妹等多种双人组合。总之，fNIRS超扫描有望揭示持续社会互动中的动态机制，这些发现可能超越单脑活动研究范畴。
关键词： 神经科学、脑间同步性、合作、功能性近红外光谱技术、亲子互动、超扫描、功能性近红外光谱
更新于2025-09-23 20:08:29
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[IEEE 2019年第41届国际医学与生物工程学会年会(EMBC) - 德国柏林 (2019.7.23-2019.7.27)] 2019年第41届IEEE医学与生物工程学会国际年会(EMBC) - 基于扩散光学层析成像揭示的运动脑区动态激活模式 <sup>*</sup>
摘要： 扩散光学断层成像（DOT）作为功能性近红外光谱技术（fNIRS）的子集，是一种用于研究正常及病变状态下人脑功能的无创成像手段。该技术通过测量大脑血管中氧合血红蛋白（HbO）与脱氧血红蛋白（Hb）浓度变化实现成像。相较于脑功能成像的金标准——功能性磁共振成像（fMRI），DOT具有时间分辨率更高、便携性强、成本低廉、多模态对比以及适用于无法使用MRI设备者（如卧床患者和婴幼儿等）等优势。本研究旨在评估DOT方法对运动控制相关脑激活动态模式的解析能力：通过连续波fNIRS技术在四组实验中采集健康男性受试者执行区块设计运动任务时的数据。实验数据显示，与握拳手对侧初级运动皮层（M1）呈现显著激活，且该M1激活在四组实验中表现稳定。进一步分析发现，各组实验中运动活动的时序动态揭示了M1、前运动皮层（PMC）与辅助运动区（SMA）间存在良好序列化的激活模式。同时观察到对侧M1活动启动数秒后出现同侧运动活动的时序性抑制。更重要的是，这些时序特征在全部四组实验中均具重现性。初步结果表明DOT技术具备研究运动皮层起源活动的灵敏度、可靠性及时空分辨率。通过在更多受试者中对运动系统进行系统验证，基于其便携性与临床适用性，DOT有望成为研究脑瘫高危婴儿或帕金森病老年患者等群体的新型神经影像工具。
关键词： 功能性近红外光谱技术、运动控制、扩散光学断层成像、大脑激活、神经影像学
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用近红外成像技术评估视空间工作记忆负荷下的神经补偿机制
摘要： 阿尔茨海默病的特征是认知能力（尤其是工作记忆）的进行性衰退，而轻度认知障碍（MCI）则是其前驱阶段。普遍认为MCI阶段神经补偿功能尚存，但在阿尔茨海默病中已丧失。本研究采用功能性近红外光谱技术（fNIRS），通过一项新型视觉工作记忆（VSWM）任务探究递增任务负荷对诱导神经补偿的影响。鉴于双侧前额叶皮质（PFC）与VSWM及神经补偿的关联性，重点考察了该脑区。共招募31名健康对照者（HC）、12名MCI患者和18名轻度阿尔茨海默病患者（mAD）。虽然所有组别在行为表现（即得分）上均对递增任务负荷（1至3级）表现出敏感性，但仅MCI组显示出任务负荷对皮质反应（通过fNIRS测量）的显著影响。在较低任务负荷下，MCI组与HC组的双侧PFC激活无差异。仅在中等任务负荷时，MCI组才表现出以过度激活为特征的神经补偿。mAD组缺乏过度激活且各任务负荷下的表现显著更差，表明由于更严重的神经退行性变导致补偿功能丧失。本研究揭示了认知负荷理论与神经补偿机制的相互作用，实验证明通过该VSWM任务在适当认知负荷下诱导神经补偿具有可行性，这为开发针对痴呆人群的有效认知训练与康复方案提供了新思路。
关键词： 轻度认知障碍、视空间工作记忆、正常衰老、功能性近红外光谱技术、神经补偿、轻度阿尔茨海默病
更新于2025-09-12 10:27:22
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[ACM出版社 2018年ACM国际研讨会 - 新加坡，新加坡（2018.10.08-2018.10.12）] 2018年ACM国际可穿戴计算机研讨会论文集 - ISWC '18 - 通过动作捕捉与功能性近红外光谱技术洞察演员大脑活动
摘要： 本文提出在戏剧表演场景中运用可穿戴式多模态身心传感技术进行神经科学研究的构想。通过为两位演员穿戴动作捕捉服来追踪他们共同演绎一系列场景时的肢体动作，其中一位演员额外佩戴基于功能性近红外光谱（fNIRS）的头戴设备以记录其前额叶皮层的激活模式。随后利用动作数据的重复性特征对fNIRS数据进行自动分段以供深入分析。这项探索揭示了戏剧表演半结构化且可重复的特性能为神经科学研究提供有效实验场域，而可穿戴传感技术是实现该目标的可行方法。这一发现具有重要意义，因为它指明了相较于传统实验室方法，在更自然、更具社交性的环境中研究大脑的新途径。
关键词： 可穿戴设备、功能性近红外光谱技术、剧院、动作捕捉、神经科学
更新于2025-09-11 14:15:04
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额极皮层活动反映食物和饮料的享乐基调：一项人类功能性近红外光谱研究
摘要： 研究人员采用不同神经影像技术，对人体味觉的认知与享乐特性展开研究。但现有方法难以便捷监测食物饮料摄入引发的享乐反应。本研究通过检测健康成年人在摄入不同享乐特性食物时，前额叶前部皮层（aPFC，即额极皮层，布罗德曼10区）含氧血红蛋白（oxyHb）水平的变化。当受试者自由品尝甜味与苦味溶液（无特定指令）时，皮层激活程度在个体间及两种刺激间均存在显著差异，未获得一致性结果。随后受试者食用/饮用偏好（享乐正向）与厌恶（享乐负向）食物。尽管这些刺激物因人而异，但享乐正向刺激会降低oxyHb水平，而享乐负向刺激（尤其腹侧aPFC区域）会升高该指标。当受试者品尝四种不同风味果冻并评估愉悦度时，腹侧区域的oxyHb水平与愉悦评分呈负相关。结果表明：愉悦与不愉悦食物分别倾向于引发腹侧aPFC的oxyHb水平下降与上升，提示监测该区域oxyHb或可用于饮品食物愉悦度的客观评估。
关键词： 食物与饮品，功能性近红外光谱技术，氧合血红蛋白，前额叶前部皮质，享乐基调
更新于2025-09-11 14:15:04